(57)【要約】【課題】  年間を通して安定的に発電できる（ｋＷｈ）ハイブリッド発電装置を提供する。【解決手段】  水路Ｗ上に、その水流中にブレード１ａ部分を没して発電する垂直軸型水流発電装置１が設けられ、その上に、太陽光パネル２ａで発電を行う太陽光発電装置２が備えられている。【選択図】        図１
0003226119.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
水の流れのある所の上に、その水流中にブレード部分を没して発電する垂直軸型水流発電装置が設けられ、
その上に、太陽光パネルで発電を行う太陽光発電装置が備えられることを特徴とするハイブリッド発電装置。
【請求項２】
上記水流発電装置の本体部分を構成する上記ブレードは上下動可能で、必要に応じて水中に水没させて発電を行い、また水流から引き上げて安全に待避させることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド発電装置。
【請求項３】
上記ハイブリッド発電装置は、水の流れのある所に沿って一定の間隔を開けて、複数設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド発電装置。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、クリーンで再生可能エネルギである太陽光及び水流を用いて発電を行うハイブリッド発電装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
風車（風力発電装置）と太陽光（太陽光発電装置）を利用して発電を行うハイブリッド発電装置は、後述する特許文献が示すように、数多くある。
そのうち風車を使用する装置の大半は、ブレード部分がプロペラ型になっており、大電力を得るために、高い塔の上に設けられ、且つ風向きによって、そのプロペラの向きを風向に正対させるためのヨー装置などが必要であって、大電力を生成したいという要求と共に、どうしてもその装置としては、大型（大規模）になりやすい。この構成と太陽光発電を組み合わせる場合、その高い塔の壁面に太陽光パネルを設けて、少しでも発電量を増やそうとする構成が上記特許文献の大半を占める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１９−１２９５４７号公報
【特許文献２】実用新案登録第３２１５６１８号公報
【特許文献３】特許第６１０８５１０号公報
【特許文献４】特開２０１４−０９５３１８号公報
【特許文献５】特開２００８−１５１０５３号公報
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００４】
これまでの自然エネルギ発電装置は、一般的に、一基当たり何ｋＷ発電するかを問題にしている。換言すれば、後述するような先行技術文献に多数示された小規模の発電装置は、全てｋＷ単位でしか装置の性能を表示していない。
【０００５】
しかしながら、風車は、常に風が吹く場所であれば、ある程度安定はするが、ほとんどの場合、常に安定的に、同じ風量が吹くところは少なく、また年間を通して安定的に風が吹く場所もほとんどない（風は大小の渦の移動であるから秒分時日週月季節年によって顕著に変動している）。特に後者の季節による風の変動がそのまま電力の変動の激しさにつながって安定しない問題がある。ましてや、風が全く吹かないところでは、風車を利用すること自体、期待できない。
【０００６】
他方、太陽光発電装置は、日中の太陽の日射量は日射時間で発電できる時間が決まるし、また天候によっても、発電できる量が変わる。さらに、四季のあるところでは、日射量の差によって発電についても差が出てくる。
【０００７】
以上のような変動の激しい電力源では、一瞬にして得られる何ｋＷの発電量を問題にしても意味がなく、年間を通して、安定的に何ｋＷｈが得られるかが問題となり、それに対応できる安定化した発電装置が望まれていた。
【０００８】
本考案は、以上のような問題に鑑み創案されたものであって、年間を通して安定的に発電できるハイブリッド発電装置を提供せんとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
まず、本考案に創出に至る技術的背景について説明する。クリーンで再生可能エネルギ（自然エネルギ、サステナブルエネルギ）は風況、水況、日射量（太陽光）に関しては、秒分時日週月年を通して顕著に変動する。これらのクリーンで再生可能エネルギ（自然エネルギ、サステナブルエネルギ）を独立電源として安定化する方法は容易ではない。従って、今後の持続的社会の構築には、水力、風力、太陽光をいかに安定的に電気エネルギ（独立電源）に変換して利用や応用が必要不可欠である。そして、さらに本考案の創出の前提として、風がほとんど吹かない場所で如何に安定的にそのような独立電源を確保できるかと言う点に注意し、以上のような技術的背景に基づき、本考案は案出された。
【００１０】
そのため本考案に係るハイブリッド発電装置は、
水の流れのある所の上に、その水流中にブレード部分を没して発電する垂直軸型水流発電装置が設けられ、
その上に、太陽光パネルで発電を行う太陽光発電装置が備えられることを基本的特徴としている。
【００１１】
上記構成によれば、水の流れのあるところに、上記垂直軸型水流発電装置の構成のうち、本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードを水流中に沈めて、該ブレードが周囲に取り付けられた垂直回転軸を中心に回して該垂直軸型水流発電装置による発電を行う。
【００１２】
河川などの水流は、四季を通じての変動はあるものの、一般的にその変動幅は大きくない。変動があったとしても、昼夜の変動幅のある太陽光発電装置とは異なり、昼夜の水流の変動幅に大きな差はないし、雨・曇り・晴れなどによる天候の変動幅も水流発電装置は、太陽光発電装置に比べて小さい。他方雨量の多くなる季節と雨量が少なく太陽光が照ることが多い季節の変動がある所であれば、垂直軸型水流発電装置と太陽光発電装置とがその発電量の変動を補い合って、季節変化があっても年間を通じての発電量（ｋＷｈ）の安定化につながることになる。
【００１３】
ましてや用水路などの水路（水流）では、安定的に水の流れがあり、安定化電源としての役割が大きくなる。即ち、ｋＷｈ単位での、年間を通した電力が、安定的に得られることになる。そこに、年間を通しての発電の変動幅の大きな太陽光発電装置を備えることで、これらの発電装置の発電が相乗的に補い合い、年間を通して安定化した発電量（ｋＷｈ）を得られることになる。
【００１４】
ここで上記水流発電装置を、垂直軸型の構成にするのは、その本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードを水中に配置すれば発電ができ、ダムなどを造って発電を行う大型の水力発電所などとは異なり、適地（河川や水路）に簡単に設置して、直ぐに安定化電源を得られるようにするためである。
【００１５】
本考案における上記太陽光発電装置が、上記水流発電装置の上に設けられるのは、設置場所が、例えば日本の小笠原諸島や沖縄の与那国島などの様に、その緯度が低い場所において、太陽光を上方で受光した方が、太陽光発電装置としては最も発電効率が良い上に、一日の発電量が多くなるためである。付言すれば、その設置の仕方は、垂直に設置される場合よりも、設置場所の緯度に応じて日中太陽光を多く受光できる（日射を受けた受光量が多くなる）角度でその太陽光パネルが設けられることが望ましい。
【００１６】
尚、本考案における水流発電装置には、水流発電に必要な、水流水車、発電機、蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置が内蔵されていたり、或いはそれらの構成の一部（例えば充電器など）を本構成の外部に設置しても良い。また、太陽光発電装置も、例えば太陽光パネルを設置したその下面や下方に（蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置）内蔵されていたり、或いはそれらの構成の一部（例えば同じく充電器など）を本構成の外部に設置しておいても良い。
【００１７】
さらに、上記垂直軸型水流発電装置の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレードは上下動可能で、必要に応じて水中に配置して発電を行い、また水中から引き上げて安全に待避させることができるようにすることが望ましい。該装置は、水没させることを前提に最初から上下動可能な構成にせずに組んでも良いが、水の勢いが激し過ぎて、発電を行う回転軸部分が焼き切れたり、水の勢いで流れてきた物体がブレードに当たって壊れることを防ぐことや、川の氾濫や水路から水が溢れ出して、本装置が発電装置として機能しなくなることを防ぐ意味からも、上記のような構成とすることが望ましい。
【００１８】
加えて本考案に係るハイブリッド発電装置は、水の流れのある所（例えば水路）に沿って一定の間隔を開けて、複数設けられると良い。これは、各ハイブリッド発電装置によって発電されたものが、例えばある一帯の狭い場所でも、その数が多くなればなるほど、一日の発電量は大きくなるからである。ただし、水の流れの中におかれてブレードを回した場合、その下流では一定間隔を置かないと、その流れに乱れが起き、下流の発電装置の発電効率を下げることになる。そのため、一定の間隔（後述する実施例で詳細に説明する）を開けて、これらの本考案に係るハイブリッド発電装置は設置される必要がある。
【考案の効果】
【００１９】
本考案のハイブリッド発電装置によれば、上記垂直軸型水流発電装置が年間を通しての発電の変動幅を小さなものに資するため、２つの発電装置の組み合わせの相乗効果によって、年間を通しての発電の変動幅を小さなものとし、ｋＷｈで平準化することが出来るという優れた効果を奏し得る。特に、垂直軸型水流発電装置の年間を通じての発電変動幅の低減化には特筆するものがあり、本ハイブリッド発電装置におけるベースロード電源として機能するため、上記効果は、辺境の地などにおいて顕著に発揮される。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本考案の一実施例を示す斜視説明図である。
【図２】上記実施例構成が設けられた水路を含む断面構成を示す説明図である。
【図３】上記図２をその横方向から見た構成が示される水路を含む構成を示す説明図である。
【図４】本実施例構成を１の水路に沿って複数設けた状態を示す上記実施例構成が設けられた水路を含む断面構成を示す説明図である。
【図５】上記図４の構成を図２に準ずる方向から見た状態を示す水路を含む断面構成を示す説明図である。
【図６】本考案の第２の実施例を示す斜視説明図である。
【図７】上記第２の実施例構成が設けられた水路を含む断面構成を示す説明図である。
【図８】上記図７をその横方向から見た構成が示される水路を含む構成を示す説明図である。
【図９】本実施例構成を１の水路に沿って複数設けた状態を示す上記実施例構成が設けられた水路を含む断面構成を示す説明図である。
【図１０】上記図９の構成を図７に準ずる方向から見た状態を示す水路を含む断面構成を示す説明図である。
【考案を実施するための形態】
【００２１】
以下、本考案の実施の形態を図示例と共に説明する。
【実施例１】
【００２２】
本考案の一実施例に係るハイブリッド発電装置は、図１〜図３に示すように、一の水路Ｗの上に、その水流中にブレード１ａ部分を没して発電する直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１が設けられ、また、その上に、太陽光パネル２ａが上側を向いて水平に設置された太陽光発電装置２が備えられている。
【００２３】
上記実施例構成では、水路Ｗで、直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成する一体型のブレード１ａを水流中に沈めて、該ブレード１ａが周囲に取り付けられた垂直回転軸を中心に回して該直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１による発電を行う。
【００２４】
上記水流発電装置１につき、一体化した直線翼垂直軸型ブレードを用いるのは、その本体を構成する直線翼垂直軸型ブレードを水中に配置すれば発電ができ、ダムなどを造って発電を行う大型の水力発電所などとは異なり、適地（河川や水路）に簡単に設置して、直ぐに安定化電源を得られるようにするためである。
【００２５】
さらに、水流発電装置１に、直線翼垂直軸型固定ピッチのものを用いるのは、直線翼の迎角、直線翼・支持翼・シャフトとの各取り付け角、直線翼の空気力学的中心を最適化すれば、全て固定ピッチで良いのであり、これらは理論と実験で究明しており、特に「固定ピッチ」に限定するのはブレードの「一体型」の製造製作による構造強度強化、空気力学的性能増大、ユニット化、コスト低減化等に寄与することになるからである。
【００２６】
河川などの水流は、四季を通じての変動はあるものの、一般的にその変動幅は大きくない。変動があったとしても、昼夜の変動幅のある太陽光発電装置とは異なり、昼夜の水流の変動幅に大きな差はない。他方雨量の多くなる季節と雨量が少なく太陽光が照ることが多い季節の変動がある所であれば、垂直軸型水流発電装置１と太陽光発電装置２とがその発電量の変動を補い合って、季節変化があっても年間を通じての発電量（ｋＷｈ）の安定化につながることになる。
【００２７】
ましてや用水路などの水路（水流）では、安定的に水の流れがあり、安定化電源としての役割が大きくなる。即ち、ｋＷｈ単位での、年間を通した電力が、安定的に得られることになる。そこに、一日及び季節を通しての発電の変動幅の大きな太陽光発電装置２を備えることで、これらの発電装置の発電が相乗的に補い合い、年間を通して安定化した発電量（ｋＷｈ）を得られることになる。
【００２８】
さらに、上記直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成するブレード１ａは、図示するように、上下動可能で、必要に応じて水中に配置して発電を行い、また水中から引き上げて安全に待避させることができるようにしている。該装置は、水没させることを前提に最初から上下動可能な構成にせずに組んでも良いが、水の勢いが激し過ぎて、発電を行う回転軸部分が焼き切れたり、水の勢いで流れてきた物体がブレードに当たって壊れることを防ぐことや、川の氾濫や水路から水が溢れ出して、本装置が発電装置として機能しなくなることを防ぐ意味からも、上記のような構成とした。
【００２９】
上記太陽光発電装置２が、その上に設けられるのは、設置場所が、例えば日本の小笠原諸島や沖縄の与那国島などの様に、その緯度が低い場所において、太陽光を上方で受光した方が、太陽光発電装置２としては最も発電効率が良い上に、一日の発電量が多くなるためである。よって、その設置の仕方は、図１〜３に示すように、太陽光パネル２ａが上側を向いて水平に設置されている。
【００３０】
また、本実施例に係るハイブリッド発電装置は、図４及び図５に示されるように、水路Ｗに沿って一定の間隔を開けて、複数設けられている。これは、各ハイブリッド発電装置によって発電されたものが、例えばある一帯の狭い場所でも、その数が多くなればなるほど、一日の発電量は大きくなるからである。ただし、水の流れの中におかれてブレードを回した場合、その下流では一定間隔を置かないと、その流れに乱れが起き、下流の発電装置の発電効率を下げることになる。より具体的には、このブレード１ａが回転することで構成される水車の直径の１０倍以上離すことで、その下流にあるブレード１ａには上流のブレード１ａで生じた渦流等の影響が無くなり、通常の水の流れに戻るため、その間隔としてはブレード１ａが回転することで構成される水車の直径の１０倍程度離すこととした。
【００３１】
本実施例における各発電装置には、水流発電に必要な、各ブレード構成、発電機、蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置を内蔵させる事も出来るが、本実施例構成では、それらの構成の一部（例えば充電器など）を本構成の外部に設置している。また、太陽光発電装置２も、例えば太陽光パネル２ａを設置したその下面に（蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置）内蔵されるようにしたり、或いはそれらの構成の一部（例えば同じく充電器など）を本構成の外部に設置しておいても良い。
【００３２】
本実施例に係るハイブリッド発電装置によれば、２つの発電装置の組み合わせの相乗効果によって、年間を通しての発電の変動幅を小さなものとし、ｋＷｈで平準化することが出来ることになる。特に、垂直軸型水流発電装置１の年間を通じての発電変動幅の低減化には特筆するものがあり、本ハイブリッド発電装置におけるベースロード電源として機能するため、上記効果は、辺境の地などにおいて顕著に発揮される。
【００３３】
次に本考案の別の実施例につき説明する。
【実施例２】
【００３４】
図６〜図８は、本考案の第２の実施例に係るハイブリッド発電装置を示している。即ち、本実施例構成では、上記実施例１と同じく、一の水路Ｗの上に、その水流中にブレード１ａ部分を没して発電する直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１が設けられ、また、その上方に、四方と上面（上側を向いて水平に設置されている）に太陽光パネル１ａが備えられた太陽光発電装置２が備えられている。
【００３５】
上記実施例構成では、直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１の構成は、実施例１と同じであるので、その詳細な説明は省略する。但し、本構成においても、水路Ｗで、直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１の本体部分（垂直回転軸及びブレード）を構成する一体型のブレード１ａを水流中に沈めて、該ブレード１ａが周囲に取り付けられた垂直回転軸を中心に回して該直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１による発電を行うことは重要である。
【００３６】
本実施例構成でも、上記水流発電装置１の上に太陽光発電装置２が備えられて、それによっても更に発電を行う。該太陽光発電装置２の設置の仕方が、上記実施例１と異なる。
【００３７】
上記太陽光発電装置２は、上述のように、水流発電装置１の上方に、四方と上面（上側を向いて水平に設置されている）に向いて太陽光パネル２ａが設けられ、固定されている。太陽光が覗かない下面以外を全て太陽光パネル２ａで覆っているのである。
【００３８】
このような設置の仕方で、本太陽光発電装置２は、昼夜による変動及び季節変動による日照時間の変動がある場合でも太陽光の受光が得られる限り、最大の発電量が得られることになる。特に、例えば日本の小笠原諸島や沖縄の与那国島などの様に、その緯度が低い場所において、太陽光を水流発電装置１の上で受光すると共に、このように下面以外全てで太陽光が受光できる太陽光パネル２ａの設置をしたため、太陽光発電装置２としては最も発電効率が良い上に、一日の発電量が多くなることになる。
【００３９】
本実施例構成でも、河川などから導かれる水路Ｗは、四季を通じての変動はあるものの、一般的にその変動幅は大きくない。変動があったとしても、昼夜の変動幅及び季節による変動幅のある太陽光発電装置２とは異なり、昼夜の水流の変動幅に大きな差はないし、雨・曇り・晴れなどによる天候の変動幅も水流発電装置１は、太陽光発電装置２に比べて小さい。特に、垂直軸型水流発電装置１の年間を通じての発電変動幅の低減化には特筆するものがあり、本ハイブリッド発電装置におけるベースロード電源として機能するため、直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１と太陽光発電装置２とがその発電量の変動を補い合って、季節変化があっても年間を通じての発電量（ｋＷｈ）の安定化につながることになる。
【００４０】
また、本実施例に係るハイブリッド発電装置は、図９及び図１０に示されるように、水路Ｗに沿って一定の間隔を開けて、複数設けられている。これは、各ハイブリッド発電装置によって発電されたものが、例えばある一帯の狭い場所でも、その数が多くなればなるほど、一日の発電量は大きくなるからである。ただし、水の流れの中におかれてブレード１ａを回した場合、その下流では一定間隔を置かないと、その流れに乱れが起き、下流の発電装置の発電効率を下げることになる。より具体的には、このブレード１ａが回転することで構成される水車の直径の１０倍以上離すことで、その下流にあるブレード１ａには上流のブレード１ａで生じた渦流等の影響が無くなり、通常の水の流れに戻るため、その間隔としてはブレード１ａが回転することで構成される水車の直径の１０倍程度離すこととした。
【００４１】
本実施例における各発電装置には、水流発電に必要な、ブレード構成、発電機、蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置を内蔵させる事も出来るが、本実施例構成では、それらの構成の一部（例えば充電器など）を本構成の外部に設置している。また、太陽光発電装置２も、例えば太陽光パネル２ａを設置したその下面に（蓄電器、制御構成、インバータ、出力用コンセント等を一体化した装置）内蔵されるようにしたり、或いはそれらの構成の一部（例えば同じく充電器など）を本構成の外部に設置しておいても良い。
【００４２】
本実施例に係るハイブリッド発電装置によれば、水流発電装置１よりも発電の変動幅の大きな太陽光発電装置２を備えているが、これら両発電装置の組み合わせの相乗効果によって、年間を通しての発電の変動幅を小さなものとし、ｋＷｈで平準化することが出来ることになる。特に、水路Ｗでは、安定的に水の流れがあり、上記直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置１は安定化電源（ベースロード電源）として、ｋＷｈ単位での、年間を通した電力が、安定的に得られることになる。尚、太陽光発電装置２が、水流発電装置１の上に設けられており、またその設置の仕方においても、下面以外全てで太陽光が受光できる太陽光パネル２ａが設置されたため、太陽光発電装置２としては最も発電量が多くなる。
【００４３】
尚、本考案のハイブリッド発電装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、本考案の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【産業上の利用可能性】
【００４４】
本考案のハイブリッド発電装置は、再生可能エネルギを生成する装置の中でも、２０１９年の台風１５号及び１９号等で被害が明らかになった現状を踏まえると、地産地消型の発電装置として、日本ばかりか、世界各国での利用、特に緯度の低い地域の利用が考えられる。
【符号の説明】
【００４５】
１          直線翼垂直軸型固定ピッチ水流発電装置
１ａ        ブレード
２          太陽光発電装置
２ａ        太陽光パネル
Ｗ          水路
【図１】
0003226119.tif 000003
【図２】
0003226119.tif 000004
【図３】
0003226119.tif 000005
【図４】
0003226119.tif 000006
【図５】
0003226119.tif 000007
【図６】
0003226119.tif 000008
【図７】
0003226119.tif 000009
【図８】
0003226119.tif 000010
【図９】
0003226119.tif 000011
【図１０】
0003226119.tif 000012